本教材講解了樹莓派核心板的硬件組成和各部分硬件的工作原理，通過使用圖形化編程軟件VIPLE和C語言控制配置了樹莓派的青科智能小車實現超聲波測距，循跡以及迷宮導航等功能，以軟硬件相結合的方式引導學生更深入了解機器人的工作原理。本教材末尾簡略介紹了樹莓派小車實現機器視覺和語音識別的的方式，為樹莓派小車拓展人工智能算法提供了好的思路。

《21世紀計算機科學與技術實踐型教程》編輯委員會主〓〓任： [WB][HT4K]陳〓明委〓〓員[HTSS]：[DW][HTK]毛國君〓白中英〓葉新銘〓劉淑芬〓劉書家[DW]湯〓庸〓何炎祥〓陳永義〓羅四維〓段友祥[DW]高維東〓郭〓禾〓姚〓琳〓崔武子〓曹元大[DW]謝樹煜〓焦金生〓韓江洪[HTH]策劃編輯： [HTK]謝〓琛《21世紀計算機科學與技術實踐型教程》21世紀影響世界的三大關鍵技術是： 以計算機和網絡為代表的信息技術；以基因工程為代表的生命科學和生物技術；以納米技術為代表的新型材料技術。信息技術居三大關鍵技術之首。國民經濟的發展采取信息化帶動現代化的方針，要求在所有領域中迅速推廣信息技術，導致需要大量的計算機科學與技術領域的優秀人才。計算機科學與技術的廣泛應用是計算機學科發展的原動力，計算機科學是一門應用科學。因此，計算機學科的優秀人才不僅應具有堅實的科學理論基礎，而且更重要的是能將理論與實踐相結合，并具有解決實際問題的能力。培養計算機科學與技術的優秀人才是社會的需要、國民經濟發展的需要。制定科學的教學計劃對于培養計算機科學與技術人才十分重要，而教材的選擇是實施教學計劃的一個重要組成部分，《21世紀計算機科學與技術實踐型教程》主要考慮了下述兩方面。一方面，高等學校的計算機科學與技術專業的學生，在學習了基本的必修課和部分選[JP2]修課程之后，立刻進行計算機應用系統的軟件和硬件開發與應用尚存在一些困難，而《21世[JP]紀計算機科學與技術實踐型教程》就是為了填補這部分鴻溝。將理論與實際聯系起來，結合起來，使學生不僅學會了計算機科學理論，而且也學會應用這些理論解決實際問題。[JP3]另一方面，計算機科學與技術專業的課程內容需要經過實踐練習，才能深刻理解和掌握。因此，本套教材增強了實踐性、應用性和可理解性，并在體例上做了改進——使用案例說明。[JP][JP2]實踐型教學占有重要的位置，不僅體現了理論和實踐緊密結合的學科特征，而且對于提高學生的綜合素質，培養學生的創新精神與實踐能力有特殊的作用。因此，研究和撰寫實踐型教材是必要的，也是十分重要的任務。優秀的教材是保證高水平教學的重要因素，選擇水平高、內容新、實踐性強的教材可以促進課堂教學質量的快速提升。在教學中，應用實踐型教材可以增強學生的認知能力、創新能力、實踐能力以及團隊協作和交流表達能力。[JP]實踐型教材應由教學經驗豐富、實際應用經驗豐富的教師撰寫。此系列教材的作者不但從事多年的計算機教學，而且參加并完成了多項計算機類的科研項目，把他們積累的經驗、知識、智慧、素質融合于教材中，奉獻給計算機科學與技術的教學。我們在組織本系列教材過程中，雖然經過了詳細地思考和討論，但畢竟是初步的嘗試，不完善甚至缺陷不可避免，敬請讀者指正。[JY，2][HT4”K]本系列教材主編〓陳明


前言




隨著新興產業的不斷發展和傳統產業的升級改造，對具有多學科知識融合、工程實踐和創新能力的專業人才的需求日益迫切。當前，計算機本身對IT類專業的學生已不再具有吸引力，而作為新興產業代表的機器人，綜合了多學科的發展成果，融合了多種先進技術，引入機器人教學不僅能夠將自主移動、語音識別、機器視覺、定位導航等人工智能技術在機器人上進行全方位的創新組合，也為大學的信息技術課程注入了新的活力，有利于全面培養大學生綜合能力和信息素養。
本教材以青島科技大學自主研發的機器人教學平臺為基礎，融機器人、人工智能、軟件開發等知識于一體，旨在克服軟件工程、計算機科學與技術、人工智能科學與技術、機器人工程等專業的傳統教學模式中存在的弊端，以提高學生學習興趣和綜合運用知識的能力為目標。
本教材在寫作上力求概念準確、論述嚴謹，不僅對基本概念進行細致的描述，而且對相關的技術細節進行羅列和演示，讓讀者明白“是什么”“為什么”的同時也明白“怎么做”。
本教材共4章內容，其中第1章為樹莓派智能小車介紹，介紹了樹莓派智能小車的硬件結構、核心控制板的性能參數、樹莓派操作系統的安裝過程、樹莓派和智能小車之間的連接方法以及計算機和樹莓派之間的文件傳輸；第2章為智能小車圖形化編程，介紹了圖形化編程的基本概念、VIPLE的下載和安裝過程、VIPLE的活動和服務、有限狀態機的 VIPLE 實現、迷宮導航算法的原理和實現、Unity 模擬器和Web 2D 模擬器以及基于樹莓派智能小車的迷宮導航；第3章為智能小車C語言編程，介紹了wiringPi 庫、智能小車的固定速度和可變速度的移動控制、超聲波傳感器的工作原理和實現以及迷宮導航和循跡的應用案例；第4章為樹莓派人工智能應用開發，介紹了TensorFlow深度學習框架的編程原理和搭建步驟、樹莓派的圖形化界面的訪問方式、樹莓派攝像頭的調用方法、機器視覺案例以及語音識別案例。
為方便教師教學和學生學習，本教材還提供了PPT教學課件、教學視頻、源代碼、教學大綱以及實驗指導。
在本教材的編寫過程中，青島科技大學的石艷敏、魏康威、杜澤厚、李澤等同學參加了有關程序的調試工作和文字校對工作；清華大學出版社對教材的出版做了精心策劃和充分論證，在此表示衷心的感謝！
因編者水平有限，書中錯誤在所難免，懇請批評指正。

編者2020年3月